(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同軸上に連結された第１，第２軸の一方と一体回転する円筒磁石と、他方と一体回転する２個一組の磁気ヨークと、これらの磁気ヨークの磁束の変化を検出する磁気センサとを備え、該磁気センサの出力に基づいて前記第１，第２軸に加わるトルクを算出するトルク検出装置において、
前記磁気センサを２つ備え、２つの磁気センサは、夫々の電源ライン、接地ライン及び信号ラインを各別にまとめた２本のセンサハーネスにより外部に接続してあり、
前記２本のセンサハーネスは、夫々の電源ライン、接地ライン及び信号ラインとの接続部をまとめ、電源ラインとの接続部同士、及び接地ラインとの接続部同士が隣り合うように設定された共通のコネクタを備えることを特徴とするトルク検出装置。
【請求項２】
前記信号ラインとの接続部同士間の距離は、前記電源ラインとの接続部同士間、及び前記接地ラインとの接続部同士間の距離よりも大きくしてある請求項１記載のトルク検出装置。
【請求項３】
前記２つの磁気センサは、夫々の出力の偏差に基づいてフェイル判定を可能とすべく設けてある請求項１又は請求項２記載のトルク検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、電動パワーステアリング装置において、操舵のために操舵部材に加えられる操舵トルクを検出すべく用いられるトルク検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ステアリングホイール等の操舵部材の回転操作に応じて操舵補助用のモータを駆動し、該モータの回転力を舵取機構に伝えて操舵を補助する電動パワーステアリング装置においては、操舵補助用のモータの駆動制御に用いるべく操舵部材に加えられる操舵トルクを検出する必要があり、この検出のために従来、操舵部材と舵取機構とを連絡するステアリング軸の中途に構成されたトルク検出装置が用いられている。
【０００３】
このトルク検出装置は、検出対象となるステアリング軸を、捩りばねとしての細径のトーションバーにより同軸上に連結された第１軸と第２軸とに分割し、操舵部材の回転操作によりステアリング軸に操舵トルクが加えられたとき、前記トーションバーの捩れを伴って第１，第２軸間に相対角変位が生じるようにし、この相対角変位を媒介として前記操舵トルクを検出する構成としてある。
【０００４】
第１，第２軸間の相対角変位は、従来から種々の手段により検出されており、そのうちの一つとして、第１軸と一体回転する円筒磁石と、第２軸と一体回転する磁気ヨークとの間の磁気回路の変化を利用するトルク検出装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
第２軸と一体回転する磁気ヨークは、環状をなすヨーク本体の一側に軸方向に延びる磁極爪を周方向に複数等配してなる軟磁性体製のリングであり、夫々の磁極爪を周方向に交互に位置させて軸長方向に並べた２個を一組として第２軸に固定されている。また第１軸と一体回転する円筒磁石は、磁気ヨークの磁極爪と同数組の磁極を周方向に並設してなる多極磁石であり、第１，第２軸に相対角変位が生じていない中立状態にあるとき、Ｎ，Ｓ極の境界上に前記磁気ヨークの磁極爪が整合するように周方向に位相を合わせて第１軸に固定されている。
【０００６】
２個の磁気ヨークの外側には、軟磁性体製の集磁リングが、夫々のヨーク本体に近接対向するように配置してある。これらの集磁リングは、夫々に連設され所定のエアギャップを隔てて対向する集磁部を備えており、これらの集磁部のエアギャップ内に、ホール素子等の磁気検知素子を用いてなる磁気センサが配してある。
【０００７】
以上の構成により第１軸と第２軸との間に相対角変位が生じた場合、２個の磁気ヨークの磁極爪と円筒磁石の磁極との間に互いに逆向きの位相差が発生し、この位相差に応じた各別の磁気ヨーク内の磁束変化により、夫々の集磁リングの集磁部間のエアギャップに漏洩する磁束が増減することとなり、この増減に応じた磁気センサの出力変化を取り出すことにより第１，第２軸間の相対角変位を検出することができ、第１，第２軸に加わるトルク（操舵トルク）を求めることができる。
【特許文献１】特開２００３−１４９０６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上の如く構成されたトルク検出装置を電動パワーステアリング装置に適用する場合、操舵トルクの誤検出により操舵補助が不安定となることを排除するためのフェイル対策が不可欠である。従来においては、特許文献１にも開示されているように集磁リングの周上に２つの磁気センサを配し、これらの出力比較により夫々の磁気センサのフェイル判定を逐次実施して、一方の磁気センサがフェイル状態にあると判定された場合にも他方の磁気センサの出力によるトルク検出が可能であり、操舵補助を継続できるようにしてある。
【０００９】
しかしながら、以上の如くなされる従来のフェイル対策は、２つの磁気センサの電源ライン又は接地ラインに短絡（天絡又は地絡）が発生し、電力の供給が遮断されて、両方の磁気センサの出力が同時に失陥するような場合においては何らの効果もなく、操舵補助を継続できなくなるという問題がある。
【００１０】
またこのような場合には、２つの磁気センサの出力比較による前述したフェイル判定も不確かとなることから、誤った操舵トルクの検出結果に基づく誤った操舵補助が実行される虞れもある。
【００１１】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、電源ライン又は接地ラインに短絡が生じた場合であっても２つの磁気センサの出力が同時に失陥することがなく、一方の磁気センサの出力に基づくトルク検出が可能となるトルク検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１発明に係るトルク検出装置は、同軸上に連結された第１，第２軸の一方と一体回転する円筒磁石と、他方と一体回転する２個一組の磁気ヨークと、これらの磁気ヨークの磁束の変化を検出する磁気センサとを備え、該磁気センサの出力に基づいて前記第１，第２軸に加わるトルクを算出するトルク検出装置において、前記磁気センサを２つ備え、２つの磁気センサは、夫々の電源ライン、接地ライン及び信号ラインを各別にまとめた２本のセンサハーネスにより外部に接続してあり、前記２本のセンサハーネスは、夫々の電源ライン、接地ライン及び信号ラインとの接続部をまとめ、電源ラインとの接続部同士、及び接地ラインとの接続部同士が隣り合うように設定された共通のコネクタを備えることを特徴とする。
【００１３】
また本発明の第２発明に係るトルク検出装置は、前記信号ラインとの接続部同士間の距離は、前記電源ラインとの接続部同士間、及び前記接地ラインとの接続部同士間の距離よりも大きくしてあることを特徴とする。
【００１４】
更に本発明の第３発明に係るトルク検出装置は、前記２つの磁気センサは、夫々の出力の偏差に基づいてフェイル判定を可能とすべく設けてあることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
第１発明に係るトルク検出装置においては、電源ライン、接地ライン及び信号ラインを各別にまとめた２本のセンサハーネスにより外部に接続される２つの磁気センサを備えるから、夫々の電源ライン又は接地ラインが同時に短絡し、２つの磁気センサの出力が失陥することがなく、一方の磁気センサの出力に基づくトルク検出が可能となる。また、２本のセンサハーネスの電源ライン、接地ライン及び信号ラインとの接続部をまとめ、電源ライン同士が隣り合い、接地ライン同士が隣り合うように配置した共通のコネクタを備えるから、このコネクタにおいて短絡が発生した場合にも磁気センサの出力が同時に失陥することがなく、一方の磁気センサの出力に基づくトルク検出が可能となる。
【００１６】
また第２発明に係るトルク検出装置においては、共通のコネクタにおける信号ラインの接続部同士間の距離を大きくしてあるから、信号ライン間に生じる短絡を最小限に抑えることができ、正確なトルク検出が可能となる。
【００１７】
更に第３発明に係るトルク検出装置においては、同時に失陥することがない２つの磁気センサを備えるから、これらのフェイル判定を確実に実施することができ、電動パワーステアリング装置における操舵トルクの検出に用いた場合、一方の磁気センサの出力に基づく操舵補助によりフェイル発生時の延命制御が可能となる等、本発明は優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は、本発明に係るトルク検出装置の分解斜視図、図２は、組立て状態を示す縦断面図である。
【００１９】
本発明に係るトルク検出装置は、トーションバー３を介して同軸上に連結された２つの軸（第１軸１及び第２軸２）に加わるトルクを検出対象とし、第１軸１と一体回転する円筒磁石４と、第２軸２と一体回転する２個一組の磁気ヨーク５，５とを備えている。
【００２０】
トーションバー３は、捩りばねとしての作用をなす細径の丸棒であり、第１軸１と第２軸２とは、夫々の軸心部に形成された連結孔10，20にトーションバー３両端に設けた大径の連結部30，30を内嵌し、後述の如く周方向の位置決めを行った後、各別の連結ピン11，21の打設により一体化せしめて連結されている。このように連結された第１軸１と第２軸２とに回転トルクが加えられた場合、この回転トルクの作用によりトーションバー３が捩れ変形し、第１軸１と第２軸２との間には、前記回転トルクの方向に、該回転トルクの大きさに対応する相対角変位が生じる。
【００２１】
第１軸１と一体回転する円筒磁石４は、図１に示すように、各複数のＮ極40，40…及びＳ極41，41…を円周上に並べ、これらの端面及び内面を適宜の厚さを有する樹脂製の保持体42により覆ってなる多極磁石として構成されており、図２に示すように、保持体42を介して第１軸１に外嵌固定されている。
【００２２】
第２軸２と一体回転する磁気ヨーク５，５は、図１に示すように、円環状をなすヨーク本体50の内面に、軸方向に延びる複数の磁極爪51，51…を、周方向に等配して構成された軟磁性材料製のリングである。磁極爪51，51…は、延設端に向けて縮幅された三角形状を有しており、２個の磁気ヨーク５，５は、夫々の磁極爪51，51…の突設側を向き合わせ、周方向に交互に並べた状態で同軸上に位置決めし、これらを円筒形に成形された樹脂製の保持筒52により一体に保持させて構成されている。
【００２３】
以上の如く構成された磁気ヨーク５，５は、第２軸２の軸端部に、保持筒52の一側の延長部を外嵌させて固定されており、図２に示すように、保持筒52の内側に露出する磁気ヨーク５，５の磁極爪51，51…が、第１軸１に外嵌固定された円筒磁石４の外周面にわずかなエアギャップを隔てて対向するように組み付けられている。
【００２４】
図３は、磁気ヨーク５，５の磁極爪51，51…と円筒磁石４のＮ極40，40…及びＳ極41，41…との周方向の位置関係を示す説明図である。図３（ｂ）には、組み付け時の位置関係が示されており、本図に示すように磁気ヨーク５，５と円筒磁石４とは、磁気ヨーク５，５の磁極爪51，51…が円筒磁石４の周上に並ぶＮ極40とＳ極41との境界と一致するように周方向に位相合わせされている。この位相合わせは、トーションバー３による第１軸１と第２軸２との連結に際し、両軸１，２と共に円筒磁石４及び磁気ヨーク５，５の周方向位置を調整することにより実現される。
【００２５】
このような組み付け状態において、２個の磁気ヨーク５，５の磁極爪51，51…は、円筒磁石４の周上において互いに相隣するＮ極40とＳ極41との間に形成される磁界内に同一の条件下にて位置し、これらの磁極爪51，51…の基部を連絡するヨーク本体50，50内に生じる磁束は同一となる。
【００２６】
円筒磁石４が固定された第１軸１と磁気ヨーク５，５が固定された第２軸２との間にトーションバー３の捩れを伴って相対角変位が生じた場合、夫々の磁気ヨーク５，５の磁極爪51，51…と円筒磁石４のＮ極40及びＳ極41との位相は、図３（ａ）又は図３（ｃ）に示すように互いに逆向きに変化する。この位相変化が生じた場合、一方の磁気ヨーク５の磁極爪51，51…と他方の磁気ヨーク５の磁極爪51，51…とには、互いに逆の極性を有する磁力線が増加し、夫々のヨーク本体50，50に正負の磁束が発生する。このとき発生する磁束の正負は、円筒磁石４と磁気ヨーク５，５との間、即ち、第１軸１と第２軸２との間に生じる相対角変位の向きに応じて定まり、正負の磁束の密度は、前記相対角変位の大きさに対応する。
【００２７】
磁気ヨーク５，５の外側には、２個の集磁リング６，６が配してある。これらの集磁リング６，６は、ヨーク本体50，50の外径よりもやや大きい内径を有する軟磁性材料製の円環であり、図１に示すように、周方向に適長離隔した２か所に、軸長方向に延び、先端部を径方向外向きに屈曲させてなる集磁突起（集磁部）60，60を備えている。２個の集磁リング６，６は、夫々の集磁突起60，60の延長側を向き合わせて同軸上に配置し、夫々の先端の屈曲部が所定のエアギャップを隔てて対向するように位置決めして、図２に示すように、この状態を保って樹脂製の保持筒61に一体に保持されており、該保持筒61を介して図２に一部を示すハウジング８に内嵌し、夫々の内周面が各別の磁気ヨーク５，５のヨーク本体50，50の外周面に近接対向するように組み付けられている。
【００２８】
このように組み付けられた集磁リング６，６には、夫々の内側に位置するヨーク本体50，50の内部に発生する磁束が誘導される。この磁束は、各別の集磁突起60，60の先端に集束され、これらの間のエアギャップに漏れ出す。
【００２９】
集磁リング６，６の各２つの集磁突起60，60の間には、ホール素子等の磁気検知素子を用いてなる磁気センサ７，７が夫々配してある。磁気センサ７，７は、電源回路、信号処理回路等の周辺回路を備える共通の回路基板70に、各別のリード71，71…により接続されている。図２に示すように回路基板70は、保持筒61の外周の一部に連設された樹脂製の支持脚62により外部に面して支持されており、磁気センサ７，７は、各別のリード71，71…を支持体として、各別の集磁突起60，60間に確保されたエアギャップ内に位置決めされている。このように配された磁気センサ７，７は、夫々のエアギャップに漏れ出す磁束密度に対応する出力を発する。
【００３０】
磁気センサ７，７の出力は、集磁リング６，６に対向するヨーク本体50，50内部の発生磁束によって変化し、これらの発生磁束は、前述の如く、円筒磁石４に対する夫々の相対角変位、即ち、第１軸１と第２軸２との間の相対角変位に対応するから、磁気センサ７，７の出力は、第１軸１及び第２軸２に加えられ、前記相対角変位を生じさせる回転トルクの方向及び大きさに対応するものとなり、磁気センサ７，７の出力変化に基づいて第１軸１及び第２軸２に加わる回転トルクを検出することができる。
【００３１】
図２に示すように回路基板70には、磁気センサ７，７の夫々を外部に接続するための２本のセンサハーネス８，８が、共通のコネクタ80を介して接続されている。本発明に係るトルク検出装置の特徴は、これらのセンサハーネス８，８及びコネクタ80の構成にある。      
【００３２】
図４は、センサハーネス８，８の構成を示す説明図である。前述の如くホール素子を用いてなる磁気センサ７，７には、電源接続用の電源ライン7V、グランド接続用の接地ライン7G及び信号取り出し用の信号ライン7Sが必要である。センサハーネス８，８は、磁気センサ７，７が夫々備える電源ライン7V、接地ライン7G及び信号ライン7Sを一つにまとめ、各別に絶縁被覆して構成されている。
【００３３】
従って、夫々のセンサハーネス８，８の内部における短絡は、一方の磁気センサ７の電源ライン7V、接地ライン7G及び信号ライン7S間に限って発生し、他方の磁気センサ７の電源ライン7V、接地ライン7G及び信号ライン7Sには何らの影響も及ぼさず、また夫々のセンサハーネス８，８と外部との間に生じる短絡も、対応する磁気センサ７の電源ライン7V、接地ライン7G又は信号ライン7Sにおいて完結し、他方の磁気センサ７の電源ライン7V、接地ライン7G及び信号ライン7Sには何らの影響もなく、この磁気センサ７への電力供給は正常になされ、この電力供給に応じたトルクの検出動作が保証される。
【００３４】
図５は、コネクタ80の構成例を示す説明図である。図示のコネクタ80は、広く使用されている８ピン形式のコネクタであり、２列に並べた各４つの接続部を備えている。図中のTV１，TV２は、２つの磁気センサ７，７の電源ライン7V，7Vの接続部を示し、またGND1，GND2は、また接地ライン7G，7Gの接続部を示し、更にTS１，TS２は、信号ライン7G，7Gの接続部を示している。
【００３５】
図示のように、コネクタ80の一方の列の４つの接続部は、TS１，GND1，GND2，TS２の順に設定してあり、他方の列の４つの接続部は、中央の２つをTV１，TV２とし、一方のセンサハーネス８に接続されるTS１，GND1，TV１を一側半部に、他方のセンサハーネス８に接続されるTS２，GND2，TV２を他側にまとめた配置としてある。このように接続部を設定してあるコネクタ80においては、互いに隣り合う接続部間にて短絡が生じる虞れがあるが、GND1とGND2との間、又はTV１とTV２との間に生じる短絡は、両磁気センサ７，７の接地ライン7G，7G間、又は電源ライン7V，7V間の短絡であり、磁気センサ７，７への電力供給は正常になされ、この電力供給に応じた両磁気センサ７，７検出動作も保証される。
【００３６】
また、GND1とTS１若しくはTV１との間、又はGND2とTS２若しくはTV２との間に生じる短絡は、対応する磁気センサ７の側にて完結するから、他方の磁気センサ７への電力供給は正常になされ、この磁気センサ７の検出動作は保証される。
【００３７】
２つの磁気センサ７，７の出力は、各別のセンサハーネス８，８を介して図示しないトルク算出部に与えられ、このトルク算出部においてトルクの算出がなされる。図６は、トルク算出手順の一例を示すフローチャートである。
【００３８】
トルク算出部は、磁気センサ７，７の出力Ｔ1 ，Ｔ2 を所定のサンプリング周期にて取込み（ステップＳ１）、これらの偏差ΔＴを算出し（ステップＳ２）、この偏差ΔＴが予め定めた上限値Ｔmax を超えているか否かを判定する（ステップＳ３）。
【００３９】
偏差ΔＴが上限値Ｔ0 以下であると判定された場合（ステップＳ３：ＮＯ）、トルク算出部は、２つの磁気センサ７，７の出力Ｔ1 ，Ｔ2 のいずれもが正常であると認識し、これらの出力Ｔ1 ，Ｔ2 を用いてトルクを算出し（ステップＳ４）、ステップＳ１に戻って新たな出力Ｔ1 ，Ｔ2 を取込み、前述した動作を繰り返す。ステップＳ４におけるトルクの算出は、磁気センサ７，７の出力Ｔ1 ，Ｔ2 の一方又は両方を、予め定めた演算式、又はマップに適用することにより実施することができる。
【００４０】
ステップＳ３において、偏差ΔＴが上限値Ｔ0 を超えたと判定された場合（ステップＳ３：ＹＥＳ）、トルク算出部は、２つの磁気センサ７，７のいずれかに異常があると判定し、次に、異常確定であるか否かを判定する（ステップＳ５）。この判定は、例えば、ステップＳ３での異常判定の回数をカウントしておき、このカウント値が予め定めた上限値を超えたか否かにより実施することができる。
【００４１】
トルク算出部は、ステップＳ５において異常確定ではないと判定された場合（ステップＳ５：ＮＯ）には、前回のサンプル値、又は異常判定前の磁気センサ７，７の出力Ｔ1 ，Ｔ2 を用いてトルクを算出し（ステップＳ６）、また異常確定であると判定された場合（ステップＳ５：ＹＥＳ）には、正常な出力Ｔ1 又はＴ2 を用いてトルクを算出し（ステップＳ７）、いずれの場合にもステップＳ１に戻り、新たな出力Ｔ1 ，Ｔ2 を取込み前述した動作を繰り返す。
【００４２】
なお、異常確定の結果は、一旦確定された後は維持されており、確定の後は正常な出力Ｔ1 又はＴ2 を用いたトルク算出が継続される。異常が確定された後は、得られたトルク算出値は、異常状態下でのトルク値として用いられ、例えば、電動パワーステアリング装置における操舵トルクの検出のために用いる場合には、車両を安全な位置に移動させることを目的とする緊急時の操舵制御（延命制御）のために使用される。この場合、警報の発生、適宜の表示等の報知手段により、運転者の異常の発生を報知するのが望ましい。
【００４３】
一方、ステップＳ５において異常確定がなされない場合、ステップＳ３において正常判定がなされた時点（ステップＳ３：ＮＯ）においてステップＳ４に移行するから、磁気センサ７，７の出力Ｔ1 ，Ｔ2 の一方又は両方を用いた正常なトルクの算出動作に復帰することができる。これにより、種々の外乱に起因する磁気センサ７，７の一時的な出力変動に対応することができる。
【００４４】
本発明に係るトルク検出装置は、磁気センサ７，７の夫々が備える電源ライン7V、接地ライン7G及び信号ライン7Sを各別にまとめてセンサハーネス８，８を構成してあるから、両方の磁気センサ７，７への電力供給が短絡に起因して同時に遮断され、磁気センサ７，７の出力Ｔ1 ，Ｔ2 が、同時に失陥する虞れがなく、電動パワーステアリング装置に適用した場合、前述した延命制御を確実に実施することができる。
【００４５】
またセンサハーネス８，８を回路基板70に接続するコネクタ80が、夫々のセンサハーネス８，８との接続部をまとめると共に、夫々の電源ラインとの接続部TV１，TV２同士が隣り合い、また夫々の接地ラインとの接続部GND1，GND2同士が隣りあうように配置してあるから、コネクタ80における短絡によって両磁気センサ７，７への電力供給が同時に遮断される虞れもない。
【００４６】
なお、コネクタ80が接続される回路基板70上の配線パターンの並びも同様の隣接関係が得られるように構成するのが望ましい。これにより、回路基板70上での短絡による磁気センサ７，７の同時失陥の発生をも防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明に係るトルク検出装置の分解斜視図である。
【図２】本発明に係るトルク検出装置の組立て状態を示す縦断面図である。
【図３】磁気ヨークの磁極爪と円筒磁石の磁極との周方向の位置関係を示す説明図である。
【図４】センサハーネスの構成を示す説明図である。
【図５】コネクタの構成例を示す説明図である。
【図６】トルク算出手順の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４８】
１  第１軸、２  第２軸、４  円筒磁石、５  磁気ヨーク、７  磁気センサ、８  センサハーネス、7G  接地ライン、7S  信号ライン、7V  電源ライン、80  コネクタ
【図１】
0005205891.tif 000002
【図２】
0005205891.tif 000003
【図３】
0005205891.tif 000004
【図４】
0005205891.tif 000005
【図５】
0005205891.tif 000006
【図６】
0005205891.tif 000007